JP2005108900A - 低抵抗器およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 小型コンパクト化した構造で、且つ金属電極部分の抵抗温度係数（ＴＣＲ）の影響を受けない四端子型の低抵抗器およびその製造方法を提供する。
【解決手段】 矩形状の抵抗体の長さ方向両端部に金属電極１２，１３が配置されている低抵抗器であって、抵抗体の幅方向に延在して両端部の金属電極を抵抗体の長さ方向に分割する溝１５，１６と、溝により分割されて抵抗体の長さ方向外側に位置する一対の第１金属電極１２ａ，１３ａと、溝により分割されて抵抗体の長さ方向内側に位置する一対の第２金属電極１２ｂ，１３ｂとを備えた。また、第２金属電極１２ｂ，１３ｂの抵抗体の長さ方向の電極幅を、第１金属電極１２ａ，１３ａの電極幅の１／２以下にした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、低抵抗器およびその製造方法に係り、特に、四端子型の小型コンパクト化した構造の低抵抗器およびその製造方法に関する。

低抵抗器は、電流検出用回路内に組み込まれる場合があり、この場合には、ｍΩレベルの低抵抗で、抵抗値精度が高く、かつその抵抗温度係数（ＴＣＲ）が低いこと要求される。

ところで、図３に示す二端子型の低抵抗器が知られている（特許文献１参照）。この二端子型の低抵抗器の場合には、図３に示すように、矩形状の抵抗体１の長さ方向両端部に一対の金属電極２ａ，２ｂが配置された構造となっている。しかしながら、この構造では、抵抗体１の両端部に配置された一対の金属電極２ａ，２ｂにプリント基板上のランドパターンから電流を供給してその電圧を検出する必要があり、金属電極２ａ，２ｂの高い抵抗温度係数（ＴＣＲ）の影響を受けることになる。

一方で、四端子型の低抵抗器が知られており（例えば特許文献２参照）、この構造では、電圧検出端子が抵抗体に直接取り付けられていることから、金属電極部分の抵抗温度係数（ＴＣＲ）の影響を受けることはない。
特開２００２−１８４６０１号公報 特許第３２８４３７５号（特開平６−２６７７０７号）

本発明は、上述した事情に鑑みて為されたもので、小型コンパクト化した構造で、且つ金属電極部分の抵抗温度係数（ＴＣＲ）の影響を受けない四端子型の低抵抗器およびその製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の低抵抗器は、矩形状の抵抗体の長さ方向両端部に金属電極が配置されている低抵抗器であって、前記抵抗体の幅方向に延在して前記両端部の前記金属電極を前記抵抗体の長さ方向に分割する溝と、前記溝により分割されて前記抵抗体の長さ方向外側に位置する一対の第１金属電極と、前記溝により分割されて前記抵抗体の長さ方向内側に位置する一対の第２金属電極とを備えたことを特徴とするものである。

ここで、第２金属電極の前記抵抗体の長さ方向の電極幅を、前記第１金属電極の前記電極幅の１／２以下にすることが好ましい。また、第１金属電極および前記第２金属電極の下面には、溶融ハンダ層を備えることが好ましく、また、一対の第２金属電極間の溝部および前記第１金属電極と前記第２金属電極間の溝部には、前記抵抗体の表面を被覆する絶縁体層を備えることが好ましい。

上記本発明によれば、矩形状の抵抗体の長さ方向両端部に一対の金属電極が配置されている構造であるので、高密度表面実装への対応のための小型化が可能であり、また、抵抗体中に直線的な電流経路が形成されるので、低インダクタンス化した低抵抗器が得られる。そして、上記金属電極が溝により第１金属電極と第２金属電極とに分割されているので、第１金属電極を電流供給端子とし、前記第２金属電極を電圧検出端子とすることで、金属電極部分の抵抗温度係数（ＴＣＲ）の影響を受けない四端子型の低抵抗器とすることができる。

また、本発明の低抵抗器の製造方法は、低抵抗体となる帯状の抵抗薄板および金属電極となる帯状の金属薄板を面接触させて圧力および熱を加えることによりクラッド接合し、前記帯状の金属薄板の幅方向の略中央部に広幅の溝部分を、前記金属薄板を表面側から研削または切削して除去するとともに前記抵抗薄板を所望の厚さに調整し、前記広幅の溝部分の両側に狭幅の溝部分を前記金属薄板を表面側から研削または切削して除去することにより形成し、前記帯状の抵抗薄板および前記金属薄板を所定幅の間隔で切断して、所定サイズの矩形状の抵抗器に分割することを特徴とするものである。

ここで、前記狭幅の溝部分を形成することにより、外側の第１金属電極と内側の第２金属電極とに分割し、第２金属電極の前記抵抗体の長さ方向の電極幅を、前記第１金属電極の前記電極幅の１／２以下にすることが好ましく、また、抵抗体の幅または厚さを微調整することで、抵抗値のトリミングを行うことが好ましい。

上記本発明によれば、小型コンパクト化した構造で、且つ金属電極部分の抵抗温度係数（ＴＣＲ）の影響を受けないで電圧の測定が可能な四端子型の低抵抗器を容易に製造することができる。特に、第２金属電極の電極幅を、第１金属電極の電極幅の１／２以下にすることで、電流供給端子と電圧検出端子のそれぞれの電極幅の妥当なバランスをとることができる。また、抵抗体の幅または厚さを微調整して抵抗値のトリミングを行うことで、電流経路の直線性を維持しつつ、高精度の抵抗値を有する四端子型の低抵抗器を製造することができる。

総じて本発明によれば、小型コンパクト化した構造で、且つ四端子型の低抵抗器が得られる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図中、同一の作用または機能を有する部材または要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。

図１において、抵抗器１０は、その寸法が、長さ（長辺）Ｌ、幅（短辺）Ｗ、高さＴに設定され、例えば、３Ａサイズ(L6.3mm×W3.2mm)、２Ｈサイズ(L5.0mm×W2.5mm)、２Ｂサイズ(L3.2mm×W1.6mm)等の規格化されたチップ部品としてのサイズを有する。抵抗値としては、１〜２０ｍΩ程度が好適であるが、抵抗体材料および寸法の選択により、その他の領域についても製造が可能である。

この抵抗器１０は、矩形状に形成された低抵抗値の抵抗体１１と、この抵抗体１１の長さ（Ｌ）方向の両端部に形成された四端子構造の金属電極１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂとを備えている。金属電極１２ａ，１２ｂ間、および１３ａ，１３ｂ間には、抵抗体１１の幅（Ｗ）方向に延在する間隔ｇの一対の溝１５，１６が形成されている。また、金属電極１２ｂ，１３ｂ間には、抵抗体１１の長さ（Ｌ）方向の中央において、その幅（Ｗ）方向に延在する間隔Ｇの溝１４が形成されている。これにより、抵抗体１１の長さ（Ｌ）方向の外側で一対になる第１金属電極１２ａ，１３ａと、内側で一対になる第２金属電極１２ｂ，１３ｂとに、矩形状の抵抗体１１の長さ（Ｌ）方向両端部に配置された一対の金属電極１２，１３がそれぞれ分割されている。

ここで、第２金属電極１２ｂ，１３ｂの前記抵抗体の長さ（Ｌ）方向の電極幅を、第１金属電極１２ａ，１３ａの電極幅の１／２以下に設定している。すなわち、抵抗体１１の長さ（Ｌ）方向の外側に位置する電流供給端子となる金属電極１２ａ，１３ａの形成面積が、内側に位置する電圧検出端子となる金属電極１２ａ，１３ａの形成面積の２倍以上になるように設定している。例えば、図示する例では電流供給端子の面積が電圧検出端子の面積の３倍程度になるように、抵抗体１１の長さ（Ｌ）方向の幅が設定され、間隔ｇが同程度の面積となるようにその幅が設定されている。これにより、大電流が流れる電流供給端子の抵抗体１１との接合面積を十分に確保し、且つ電流が殆ど流れない電圧検出端子の抵抗体１１との接合面積と、両端子間の絶縁のためのスペース（間隔ｇ）とを十分に確保することができる。

また、金属電極１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂの裏面側には、ハンダ付け性を向上させるために、約２〜１０μｍの溶融ハンダ層１８が配置されている。このような構造とすることにより、不図示のプリント基板の電流検出回路の４端子用のランドパターン等にハンダ付けなどにより、この抵抗器１０を容易に実装することができる。そして、溶融はんだ層１８が電極の下面にのみ形成されているので、いわゆるフィレットレスのはんだ付けによる実装が可能となり、高密度実装に対応が可能である。

また、金属電極１２ｂ，１３ｂ間の間隔Ｇの溝１４、および、金属電極１２ａ，１２ｂ間と１３ａ，１３ｂ間の間隔ｇの一対の溝１５，１６には、絶縁性樹脂などからなる絶縁体層１７が形成され、抵抗体１１の表面が被覆されている。このため、不図示のプリント基板にこの抵抗器１０を実装する際に、ハンダが抵抗体１１の表面に直接接触して抵抗値を変化させてしまうことを防止することができる。また、この絶縁体層１７は、抵抗体１１が薄い場合の補強支持材としての役割を果たすこともできる。また、本実施形態では、絶縁体層１７を抵抗体１１の下面のみに形成し、抵抗体１１の上面を開放状態にして良好な放熱性を確保することができる。しかしながら、抵抗体１１の上面に別の絶縁体層（保護層）を設けるようにしてもよい。

ここで、抵抗体１１は、直方体形状に加工され、銅・ニッケル合金、ニッケルクロム合金、鉄・クロム合金、マンガン・銅・ニッケル合金、等の薄板が適宜選択されて使用される。また、金属電極としては、電気抵抗が抵抗体１１に比べて小さい銅の板材（例えば、１．７μΩ・ｃｍ程度）が用いられる。この電極１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂは、抵抗体１１との圧延と熱拡散接合による、いわゆるクラッド接合により強固に接合され、良好な電気伝導性とともに熱伝導性が確保されている。同時に広い電極面積により抵抗体１１の内部に流れる電流分布の均一性を高めることができる。

抵抗体１１は、設定されている幅Ｗおよび厚さｔにより、所望の抵抗値が形成される。なお、抵抗体１１は、幅Ｗおよび厚さｔを微調整して所望の高精度の抵抗値にトリミングすることができ、このためレーザトリミングによるカット溝を形成しないので、電流経路の直線性が確保され、低インダクタンスの抵抗器となっている。

この抵抗器１０においては、四端子構造であるため、外側の電流検出用の金属電極１２ａ，１３ａ間には検出対象の大電流が流れる。そして、内側の電圧検出用の金属電極１２ｂ，１３ｂ間には、金属電極１２ａ，１３ａ間に生じる電圧のうち、金属電極１２ｂ，１３ｂ間に生じる電圧が測定（検出）される。このとき、外側の電流検出用の金属電極１２ａ，１３ａは大電流が流れて温度上昇することから、その抵抗温度係数（ＴＣＲ）に応じた抵抗値変化がパッド側から電圧を検出する場合には生じることになる。しかしながら、内側の電圧検出用の金属電極１２ｂ，１３ｂは、直接抵抗体に接触して形成されて、金属電極１２ｂ，１３ｂには電流が殆ど流れないため、抵抗体成分の抵抗値に正確に比例した電圧を検出することができる。このため、抵抗体の抵抗温度係数（ＴＣＲ）は一般に１００ｐｐｍ／℃以下と低いので、一般に千〜数千ｐｐｍ／℃程度と高い電極部分の抵抗温度係数の影響を受けることなく、正確な測定対象電流に比例した電圧値を検出することができる。

次に、抵抗器１０の製造方法を図２Ａおよび図２Ｂに示す図を参照して説明する。

まず、図２Ａ（ａ）に示すように、抵抗体材料（例えば、ニッケルクロム（Ni-Cr）合金）を製造する抵抗体１１を所定の幅・厚さの帯状に形成してロール状に巻いた抵抗薄板２１と、同様に、電極用金属材料（例えば、無酸素銅）を所定の幅・厚さの帯状に形成してロール状に巻いた金属薄板２２とを準備する。この抵抗薄板２１および金属薄板２２を送り出して重ねた（面接触させた）上下両面に常温のまま大気下で圧力を加えることにより接合する冷間圧延を行う。そして、クラッド材２０としてロール状に巻き取る。この後に、そのロール状のままのクラッド材２０を、還元性ガス雰囲気、不活性ガス雰囲気または真空雰囲気下で所定の高温に保持する熱処理を行って、抵抗薄板２１および金属薄板２２を熱拡散接合させる。

次いで、そのクラッド材２０を送りつつ、その上下両面に常温のまま大気下で圧力を加えて圧延する冷間圧延を行って製品サイズの高さ（厚さＴ）にする。そして再びロール状に巻き取る。この後に、そのロール状のままのクラッド材２０を、還元性ガス雰囲気、不活性ガス雰囲気または真空雰囲気下で熱処理を行って圧延による加工歪みを除去する。

これにより、電極材料の金属薄板２２の拡散層が抵抗薄板２１との界面またはその内部に形成され、抵抗体材料の抵抗薄板２１と電極材料の金属薄板２２の２種の材料が機械的にも電気的にもその界面または内部において均一かつ強固に接合されたクラッド材になる。

次いで、図２Ａ（ｂ）に示すように、金属薄板２２を下面（図中には上面として図示）にしてクラッド材２０を送りつつ、例えば下方に位置するローラに対して相対移動させることにより、そのローラで溶融状態のハンダ材を金属薄板２２の表面全面に塗布する。このハンダ材は、溶融温度よりも高めの高温に保持して金属薄板２２の表面に溶融拡散させることで溶融ハンダ層２２ａとする。この後に、クラッド材２０をロール状に巻き取る。これにより、抵抗器完成品とした時に、実装時のハンダ付け性に優れた電極面が得られる。

次いで、図２Ａ（ｃ）に示すように、クラッド材２０を送りつつ製品サイズの長さＬの幅に両側辺をスリッターなどにより切断する。そして巻き取ることにより、製品サイズに加工する１本分のフープ材が出来上がる。

次いで、図２Ａ（ｄ）に示すように、クラッド材２０を送りつつ金属電極１２，１３とする部分２３を残すように、クラッド材２０幅の中央を金属薄板２２側から横フライス盤などにより研削または切削して、金属電極（電極）１２，１３となる部分２３以外の間隔Ｇの領域を除去することにより、金属電極１２，１３間の溝１４となる部分を形成する。そして再びロール状に巻き取る。

このとき、金属薄板２２は金属電極１２，１３となる部分２３以外をすべて除去するとともに、下部の抵抗薄板２１をも部分的に研削または切削・除去して、抵抗体１１の所望の厚さｔを残すようにする。すなわち、抵抗器１０の抵抗値の調整は、厚さｔおよび幅Ｗを調整することで行われる。

次いで、図２Ｂ（ｅ）に示すように、クラッド材２０を送りつつ金属電極１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂとなる部分２４を残すように、前工程で残した部分２３の所定位置を金属薄板２２表面側から横フライス盤などにより研削または切削して、金属電極１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂとなる部分２４以外の間隔ｇの領域を除去する。これにより、金属電極１２ａ，１３ａ間の溝１５、および金属電極１２ｂ，１３ｂ間の溝１６となる部分を形成して各電極部分を形成する。そして、再びロール状に巻き取る。

このとき、クラッド材２０においては、広幅の溝部分（間隔Ｇの部分）と、その両側に狭幅の溝部分（間隔ｇの部分）が形成され、これらの溝部分においては、抵抗薄板２１の表面が露出している。そして、溝部分（間隔ｇの部分）の形成の際には、第２金属電極となる部分２４（１２ｂ，１３ｂ）の抵抗体長さ方向（帯状クラッド材２０の幅方向）Ｌの幅ｂが、第２金属電極となる部分２４（１２ａ，１３ａ）の抵抗体長さ方向（帯状クラッド材２０の幅方向）Ｌの幅ａに対して、１／２以下に設定する。これにより、この金属電極１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂとなる部分２４は、外側の金属電極１２ａ，１３ａの抵抗体としての長さ（Ｌ）方向の幅（形成面積）を、内側の金属電極１２ｂ，１３ｂの幅の２倍以上、例えば、３倍程度に形成することができる。これは、外側の金属電極１２ａ，１３ａは、電流供給用で大電流を流すために大面積が必要である一方、内側の金属電極１２ｂ，１３ｂは、電圧検出用であるため、極小さな面積で十分であるが、実装時にランドパターンとの十分な接続を確保するためにある程度の面積が必要であり、また、その間のスペース（間隔ｇ）も絶縁性確保のため、ある程度の面積が必要なためである。

次いで、図２Ｂ（ｆ）に示すように、クラッド材２０を送りつつ間隔Ｇ、ｇの溝１４〜１６となる部分に、例えば、エポキシ樹脂などの絶縁性樹脂を吐出して塗布した後に加温・硬化させることにより絶縁体層２５を形成する。なお、この絶縁体層２５は、抵抗体１１の下面側になる溝部分にのみ形成するが、抵抗体１１の上面にも別の絶縁体層を形成してもよい。

次いで、図２Ｂ（ｇ）に示すように、クラッド材２０を製品となる抵抗器の幅Ｗずつ送って、帯状のクラッド材２０の長さ方向に対して直交（交差）する方向にダイシングソーなどにより切り出して、個々の矩形状の抵抗器１０に分割する。このとき、クラッド材２０の抵抗器１０毎への切断は、金属薄板２２側から抵抗薄板２１に向かう方向に行うようにするのが好ましい。これにより、溶融はんだ層のバリを金属電極側に延在させることができ、実装時のはんだ付け性を良好なものとすることができる。

この後に、抵抗器１０の金属電極１２ａ，１３ａ間に電流を流して、金属電極１２ｂ，１３ｂ間で電圧を検出することにより抵抗体１１の抵抗値を高精度に検出しつつ、その金属電極１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂの背面側の抵抗体１１の表面全面を研磨することによって、電流経路の妨げにならない高精度な抵抗値調整（トリミング）を行っても良い。そして、捺印等の所定の工程は、抵抗器１０としての製品検査を行って、テーピングなどの荷姿にして出荷する。なお、捺印等の所定の工程は、個々の抵抗器に分割する前に行っても、また分割した後に行ってもよい。

これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。

本発明に係る低抵抗器の一実施形態を示す図であり、（ａ）はその低抵抗器の全体構成を示す正面図、（ｂ）はその底面図である。 本発明に係る低抵抗器の製造方法を示す工程図であり、（ａ）は薄板を接合してクラッド材を作製する工程、（ｂ）はクラッド材に溶融ハンダ層を形成する工程、（ｃ）はクラッド材をフープ材に切断する工程、（ｄ）はクラッド材の中央を研削または切削して溝を形成する工程を示す図である。 図２Ａに続く製造方法を示す工程図であり、（ｅ）はクラッド材の両端を研削または切削して溝を形成する工程、（ｆ）は形成した溝内に絶縁体層を形成する工程、（ｇ）はクラッド材を切断して抵抗器を切り出す工程を示す図である。 低抵抗器の従来技術の構成例を示す正面図である。

符号の説明

１０ 抵抗器
１１ 抵抗体
１２，１２ａ，１２ｂ，１３，１３ａ，１３ｂ 金属電極
１４，１５，１６ 溝
１７ 絶縁体層
２０ クラッド材
２１ 抵抗薄板
２２ 金属薄板
２２ａ 溶融ハンダ層
２５ 絶縁体層

Claims (8)

1. 矩形状の抵抗体の長さ方向両端部に金属電極が配置されている低抵抗器であって、
   前記抵抗体の幅方向に延在して前記両端部の前記金属電極を前記抵抗体の長さ方向に分割する溝と、前記溝により分割されて前記抵抗体の長さ方向外側に位置する一対の第１金属電極と、前記溝により分割されて前記抵抗体の長さ方向内側に位置する一対の第２金属電極とを備えたことを特徴とする低抵抗器。
2. 前記第２金属電極の前記抵抗体の長さ方向の電極幅を、前記第１金属電極の前記電極幅の１／２以下にしたことを特徴とする請求項１に記載の低抵抗器。
3. 前記第１金属電極を電流供給端子とし、前記第２金属電極を電圧検出端子としたことを特徴とする請求項２に記載の低抵抗器。
4. 前記第１金属電極および前記第２金属電極の下面には、溶融ハンダ層を備えたことを特徴とする請求項１に記載の低抵抗器。
5. 前記一対の第２金属電極間の溝部および前記第１金属電極と前記第２金属電極間の溝部には、前記抵抗体の表面を被覆する絶縁体層を備えたことを特徴とする請求項１に記載の低抵抗器。
6. 低抵抗体となる帯状の抵抗薄板および金属電極となる帯状の金属薄板を面接触させて圧力および熱を加えることによりクラッド接合し、
   前記帯状の金属薄板の幅方向の略中央部に広幅の溝部分を、前記金属薄板を表面側から研削または切削して除去するとともに前記抵抗薄板を所望の厚さに調整し、
   前記広幅の溝部分の両側に狭幅の溝部分を前記金属薄板を表面側から研削または切削して除去することにより形成し、
   前記帯状の抵抗薄板および前記金属薄板を所定幅の間隔で切断して、所定サイズの矩形状の抵抗器に分割することを特徴とする低抵抗器の製造方法。
7. 前記狭幅の溝部分を形成することにより、外側の第１金属電極と内側の第２金属電極とに分割し、
   前記第２金属電極の前記抵抗体の長さ方向の電極幅を、前記第１金属電極の前記電極幅の１／２以下にすることを特徴とする請求項６に記載の低抵抗器の製造方法。
8. 前記抵抗体の幅または厚さを微調整することで、抵抗値のトリミングを行うことを特徴とする請求項６に記載の低抵抗器の製造方法。

Images